BR112013016523B1 - módulo para conversão de tensão entre uma rede elétrica de alta tensão de uma aeronave e um elemento de armazenamento de energia - Google Patents

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Abstract

MÓDULO PARA CONVERÇÃO DE TENSÃO ENTRE UMA REDE ELÉTRICA DE ALTA TENSÃO DE UMA AERONAVE E UM ELEMENTO DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA. A presente invenção refere-se a um módulo para conversão de energia entre rede elétrica de alta tensão de uma aeronave, em particular, uma rede de corrente contínua de alta tensão, e pelo menos um elemento de armazenamento de energia da aeronave, em particular, um super-capacitor, o módulo de conversão sendo caracterizado pelo fato de que a mesma seja capaz de converter reversivelmente entre uma tensão DC E da rede elétrica de alta tensão da aeronave e uma tensão V, do elemento de armazenamento de energia da aeronave, a referida tensão DC V, do elemento de armazenamento de energia sendo flutuante em relação à tensão DC E da rede elétrica de alta tensão da aeronave e centrada em relação à massa da aeronave, o módulo incluindo um módulo de entrada que inclui dois filtros cada um capaz de receber uma tensão DC E/2, um primeiro braço e um segundo braço incluindo comutadores e meios para controlar tais comutadores, os meios de controle operando por ciclo de um período de comutação e sendo capazes de pelo menos uma (...).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a armazenamento de energia, e mais particularmente ao armazenamento de energia em aeronave.
[0002] Atualmente, uma aeronave, tais como, por exemplo, aviões, compreende sistemas elétricos ligados a redes elétricas, para alimentação de módulos de operação da aeronave, tal como, por exemplo, atuadores elétricos. Estes atuadores elétricos são encontrados especialmente em controles de voo e trens de pouso. A rede elétrica principal de uma aeronave opera, por exemplo, a 115/220V sob tensão AC e corrente AC (Corrente Alternada, AC) e a rede de backup opera, por exemplo, sob tensão DC, por exemplo, entre 135V (ou 270V) e -135V (respectivamente, - 270V), sob corrente contínua (Corrente Contínua (DC)), constituindo então uma rede de alta tensão DC (Corrente Contínua em Alta Tensão, HVDC).
[0003] São empregados conversores em certos tipos de aeronaves para converter as correntes ou as tensões de modo a armazenar energia em elementos armazenadores de energia, tal como baterias, por exemplo [0-28V],
[0004] Os conversores das soluções de armazenamento existentes exibem diversos inconvenientes: - estes conversores são dedicados, isto é, um conversor é relevante para apenas um módulo de operação da aeronave, então tomando espaço e tornando-os incompatíveis com outros módulos de operação da aeronave, - estes conversores não possibilitam operar com altas tensões, - estes conversores não possibilitam converter tensões em outras tensões, especialmente entre uma tensão da rede secundária de uma aeronave e um elemento de armazenamento, - estes conversores podem não operar com uma rede de alta tensão DC HVDC tal que possa existir em aeronaves atualmente tendo em vista não serem flutuantes, isto é, o potencial negativo do conversor é ligado ao terra constituído pelo aeroplano, aumentando então as tensões de modo comum geradas pelo conversor e não tornando possível isolar eletricamente o elemento de armazenamento de energia, vazamentos a partir dos quais possa haver repercussões sobre os módulos de operação da aeronave. Por exemplo, no caso de um curto-circuito no conversor, especialmente de um transistor, a rede elétrica e o elemento de armazenamento pode ser impactado e provocar uma falha, - estes conversores proporcionam soluções com isolamentos galvânicos do tipo transformador que são muito penalizantes do ponto de vista da massa e do volume em equipamento embarcado. - estes conversores não são fáceis de avaliar de modo a personalizar o conversor à potência a ser transmitida, - as demandas por energia em uma aeronave são significativas e esporádicas tendo em vista que são relativas a auxiliares impostos, por exemplo, pelos controles de voo ou trem de pouso, - estes conversores compreendem um grande número de componentes, - estes conversores não oferecem qualquer possibilidade de ajuste da carga do controle dos elementos de armazenamento de energia ou descarga de corrente.
[0005] Para solucionar parte dos inconvenientes da técnica anterior, a invenção proporciona um módulo para converter entre uma rede elétrica de alta tensão de uma aeronave, especialmente uma rede DC de alta tensão, e um elemento de armazenamento de energia, especialmente um super-capacitor. O módulo de conversão sendo capaz de realizar reversivelmente uma conversão entre uma tensão DC E da rede elétrica de alta tensão da aeronave e uma tensão DC Vs do elemento de armazenamento de aeronave da rede elétrica de alta tensão da aeronave e centrada com relação ao terra da aeronave, o módulo compreende um módulo de entrada que compreende dois filtros cada um capaz de receber uma tensão DC E/2, um primeiro braço e um segundo braço compreendendo comutadores, e meios de controle para os comutadores, os meios de controle operam por ciclo de um período de comutação T e sendo capaz de controlar pelo menos um primeiro comutador em uma maneira idêntica, mas modificada pelo meio período T/2 de modo que o primeiro comutador seja aberto quando o segundo comutador é fechado e vice-versa.
[0006] Isto possibilita, especialmente: - garantir o carregamento e descarga do elemento de armazenamento; - assegurar a perda possível da função evitando a carga não controlada e a descarga do elemento de armazenamento de energia, por exemplo, na rede elétrica de alta tensão da aeronave, - fazer com que a rede elétrica de alta tensão da aeronave flutue. Em particular, o elemento de armazenamento de energia não é submetido a um modo comum, isto é, a diferença de potenciais dos eletrodos do elemento de energia com relação ao potencial constituído pelo terra da aeronave é constante. Isto permite isolamento do elemento de armazenamento de energia e, portanto, toma possível evitar vazamentos de energia especialmente; - para armazenar energia, envolvendo otimização relativa a energia, por exemplo, armazenando energia originada a partir dos atuadores elétricos de modo a retornar este último aos mesmos atuadores ou outros atuadores; - para reduzir a fiação na aeronave armazenando a energia de uma maneira localizada de modo a alimentar cada módulo operacional da aeronave, evitando assim armazenamentos distribuídos dedicados, por exemplo, para cada módulo operacional da aeronave.
[0007] Os potenciais do elemento de armazenamento são fixados por meio de centralização destes com relação ao terra da aeronave, o efeito conseguido é o isolamento do elemento de armazenamento da rede elétrica de alta tensão da aeronave cujos elementos são também ligados ao terra da aeronave. Isto torna possível, além disso, proporcionar a rede elétrica de alta tensão da aeronave.
[0008] Este módulo exibe uma topologia de conversores intercalados, não isolados, de múltiplos níveis, com potencial de saída fixo.
[0009] Este módulo também torna possível, especialmente: - utilizar transistores, os transistores formam os comutadores do módulo de conversão de baixa tensão, - reduzir o tamanho dos filtros de entrada que são capazes de receber meia tensão, por exemplo, aumentando o número de braços em paralelo, um braço sendo formado por duas meias-pontes, - para reduzir o tamanho dos filtros de saída, - utilizar componentes com mais baixa tensão para auxiliar a otimização de eficiência, especialmente com melhor desempenho em termos de condução e comutação, - reduzir a razão de função dividida à metade, a tensão aplicada aos terminais dos transistores é metade daquela tensão DC E, i.e., E/2. - associar células em paralelo, poucas células implicando pequeno volume do módulo de conversão e mais células implicando mais corrente comutada e, portanto, para otimizar o tamanho e a eficiência do módulo de conversão, - no caso de um curto circuito de um componente, por exemplo, um transistor de um comutador, para proteger o elemento de armazenamento de energia e para isolá-lo em relação à tensão E da rede elétrica. Há, então, uma necessidade de um elemento protetor, por exemplo, um Controlador de Potência de Estado Sólido (SSPC).
[0010] De acordo com um aspecto da invenção, os meios de controle controlam comutadores (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2), o módulo de entrada compreende um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um primeiro indutor Le1, e um capacitor C1, o indutor Le1 e o capacitor C1 sendo juntados em um ponto com um potencial VA, e um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor Le2 e um capacitor C1 e C2 sendo juntado em um ponto com potencial C2 sendo juntados em um ponto com potencial VB, os capacitares C1, C2 sendo juntados em um ponto com potencial V0=0 V. O primeiro braço compreende quatro comutadores (k1, k11, k44, k4) e dois indutores (Ls1, Ls11), o comutador k1 sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V1, o indutor Ls1 sendo situado entre o ponto com potencial V1 e um ponto com potencial Vc, o comutador k11 sendo situado entre o ponto com o potencial V1 e um ponto com potencial VO, o indutor Ls11 sendo situado entre o ponto com potencial VO e um ponto com potencial V4, o comutador k44 sendo situado entre o ponto com potencial VO e um ponto com potencial V4, o comutador k4, sendo situado entre o ponto com potencial V4 e o ponto com potencial VB, os meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc e VO. O segundo braço compreende quatro comutadores (k3, k33, k22, k2) e dois indutores (Ls2, Ls22), o comutador k3, sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V3, o indutor sendo Ls2 sendo situado entre o ponto com potencial Vc e o ponto com potencial V3, o comutador k33, sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial VO, o indutor Ls22 sendo situado entre o ponto com potencial VO e um ponto com potencial V2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial VO e o ponto com potencial V2 o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e o ponto com potencial VB, os meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc e VO. Os meios de controle controlam os comutadores k1 e k4 de maneira idêntica por um lado e k2 e k3 de uma maneira idêntica, por outro lado, os comutadores k1 e k3 sendo defasados por um meio período T/2 de modo que os comutadores k1 e k4 estão abertos quando os comutadores k2 e k3 estão fechados e vice-versa.
[0011] Isto toma possível especialmente: - ter uma tensão de isolamento igual à metade da tensão do elemento de armazenamento ou elementos, - reduzir o número de ondulações à metade, implicando especialmente em menos estresse ou tensão nos componentes que então experimentam um aumento em suas vidas úteis ou ainda em suas eficiências.
[0012] De acordo com um aspecto da invenção, os meios de controle controlam os comutadores (k1, k11, k22, k2), o módulo de saída compreende, um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação da primeira tensão E/2, um primeiro indutor Le1 e um capacitor C1, o indutor Le1 e o capacitor C1 sendo juntados em um ponto com um potencial VA, e um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor Le2 e um capacitor C2, o indutor Le2, e o capacitor C2 sendo juntado em um ponto com potencial VB, os capacitares C1 e C2 sendo juntados em um ponto com potencial V0=0 V. O primeiro braço compreende dois comutadores (k1, k11) e um indutor Ls1, o comutador k1 sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V1, o indutor Ls1 sendo situado entre um ponto com potencial V1 e um ponto com potencial Vc1, o comutador k11 sendo situado entre um ponto com potencial V1 e um ponto com potencial VO, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc1 e VO, os meios de controle para os comutadores sendo capazes de simultaneamente manter o comutador k1 aberto e o comutador k11 fechado e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc1 e VO. O segundo braço compreende dois comutadores (k2, k22) e um indutor Ls2, o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e um ponto com potencial VB, o indutor Ls2 sendo situado entre o ponto com o potencial V2 e um ponto com potencial VC2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial M2 e o ponto com potencial VO, os meios de controle para os comutadores sendo capazes de simultaneamente manter o comutador k2 aberto e o comutador k22 fechado e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc2 e entre o ponto com potencial VO. Os meios de controle controlam os comutadores k1 e k2 de uma maneira idêntica, mas defasado em meio período T/2 de modo que o comutador k1 esteja aberto quando o comutador k2 é fechado e vice- versa.
[0013] De acordo com um aspecto da invenção, os meios de controle controlam os comutadores (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2), o módulo de entrada compreende um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um primeiro indutor Le1 e um capacitor C1, o indutor Le1 e o capacitor C1 sendo juntado em um ponto com potencial VA, e um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor Le2 e um capacitor C2, o indutor Le2 e o capacitor C2 sendo juntado a um ponto com potencial VB, os capacitares C1 e C2 sendo juntados a um ponto com potencial V0= OV. O primeiro braço compreende quatro comutadores (k1, k11, k44, k4) e dois indutores (Ls1, Ls11), o comutador k1 sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V1, o indutor Ls1 sendo situado entre um ponto com potencial V1 e um ponto com potencial VC1, o comutador k11 sendo situado entre o ponto com o potencial V1 e um ponto com potencial VO, o indutor Ls11 sendo situado entre o ponto com potencial Vc2 e um ponto com potencial V4, o comutador k44 sendo situado entre o ponto com potencial VO e um ponto com potencial V4, o comutador k4, sendo situado entre o ponto com potencial V4 e o ponto com potencial VB, os meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial VC1 e entre o ponto com potencial VO e entre o ponto com potencial VO e o ponto com potencial VC2. O segundo braço compreende quatro comutadores (k3, k33, k22, k2) e dois indutores (Ls2, Ls22), o comutador k3, sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V3, o indutor sendo Ls2 sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial VC1, o comutador k33, sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial VO, o indutor Ls22 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e um ponto com potencial VC2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial VO e o ponto com potencial V2, o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial M2 e o ponto com potencial VB o meio de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medidos entre o ponto com potencial VC1 e VO e entre o ponto com potencial VO e o ponto com potencial VC2. Os meios de controle controlam os comutadores k1 e k4 de maneira idêntica por um lado e k2 e k3 de uma maneira idêntica, por outro lado, os comutadores k1 e k3 sendo defasados por um meio período T/2 de modo que os comutadores k1 e k4 estão abertos quando os comutadores k2 e k3 estão fechados e vice-versa.
[0014] De acordo com um aspecto da invenção, E=270 ou 540V e 60< Vs <120V.
[0015] A invenção também refere-se a um sistema de armazenamento.
[0016] O sistema de armazenamento compreende um módulo de conversão tal como definido anteriormente e pelo menos um elemento de armazenamento conectado entre os pontos com potencial correspondente à tensão Vs.
[0017] De acordo com um aspecto da invenção, um elemento de armazenamento é conectado entre os pontos com potencial VC e V0.
[0018] De acordo com um aspecto da invenção, um primeiro elemento de armazenamento é conectado entre os pontos com potencial VC1 e V0 e um segundo elemento de armazenamento é conectado entre os pontos com potencial V0 e VC2.
[0019] De acordo com um aspecto da invenção, o elemento de armazenamento é um super-capacitor.
[0020] Isto torna possível ter especialmente um elemento para armazenamento de energia relativamente de baixo peso com restituição rápida de energia, por exemplo, com relação a uma bateria. Isto também toma possível ter uma densidade de energia mais alta e menor volume do que um condensador eletrolítico convencional.
[0021] De acordo com um aspecto da invenção, o super-capacitor é configurado para armazenar energia quando uma tensão de entrada Vs for aplicada a este, com 60< Vs<120V.
[0022] De acordo com um aspecto da invenção, o elemento de armazenamento é uma bateria.
[0023] Isto toma possível especialmente proporcionar uma alta densidade de energia e, portanto, uma alta autonomia.
[0024] De acordo com um aspecto da invenção, a bateria é configurada para armazenar energia quando uma entrada de tensão é aplicada a esta com 60< Vs <120V.
[0025] A invenção também refere-se a um método para conversão de tensão.
[0026] O método de conversão de tensão, entre uma rede elétrica de alta tensão de uma aeronave, especialmente uma rede DC de alta tensão, e pelo menos um elemento para armazenamento de energia desta aeronave, especialmente um super-capacitor, compreende uma etapa reversível de conversão entre uma tensão E da aeronave, a tensão Vs do elemento para armazenamento de energia da aeronave sendo isolado da tensão E da rede elétrica de alta tensão da aeronave e menor do que a tensão E da rede elétrica de alta tensão da aeronave.
[0027] Uma modalidade da invenção será agora descrita em maior detalhe, por vias de exemplo não limitativo com referência aos desenhos apensos em que:
[0028] A figura 1 ilustra um sistema elétrico que compreende uma rede elétrica de alta tensão, um módulo para conversão de tensão e um elemento de armazenamento;
[0029] A figura 2 ilustra um sistema elétrico de uma aeronave que compreende uma rede elétrica de alta tensão, um módulo de conversão e um elemento de armazenamento;
[0030] A figura 3 ilustra um módulo para conversão de tensão ligado a um elemento para armazenamento;
[0031] A figura 4 ilustra um módulo para conversão de tensão ligado a um elemento para armazenamento
[0032] A figura 5 ilustra um módulo de conversão de tensão ligado a um elemento para armazenamento.
[0033] Afigura 1 representa um sistema elétrico compreendendo vários módulos. O sistema compreende uma rede de alta tensão de tensão AC 2 que compreende, por exemplo, um gerador de três fases, um ponto do qual é ligado ao terra 3. O sistema também compreende um módulo de conversão AC/DC (ou conversor) 4 que torna possível converter uma tensão AC de uma rede elétrica de alta tensão 2 em uma tensão DC de uma rede DC de alta tensão (ou bus) 5. O sistema também compreende uma máquina AC 8, por exemplo, um motor elétrico e um conversor DC/AC 6 ao qual uma máquina AC 8 é conectada. O conversor DC/AC 6 possibilita, nas fases de restituição de energia, para converter a tensão AC da máquina AC 8 em tensão DC da rede DC de alta tensão (ou bus) 5. O sistema também compreende um módulo para conversão de tensão 10 possibilitando a conversão de uma tensão da rede de alta tensão DC 5 em uma tensão de um super-capacitor para armazenamento de energia 20 da aeronave. O módulo de conversão 10 é capaz é capaz para reversivelmente realizar uma conversão entre uma tensão DC E da rede DC de alta tensão 5 e uma tensão DC Vs do super-capacitor 20, a tensão DC Vs do elemento para armazenamento da aeronave é flutuante com relação à tensão E da rede DC de alta tensão 5. O termo “reversibilidade” deveria ser entendido como significando que o módulo de conversão 10 é capaz de converter uma tensão DC E da rede DC de alta tensão 5 em uma tensão DC Vs do super-capacitor 20 e conversamente uma tensão DC Vs do super-capacitor 20 em uma tensão DC E da rede DC de alta tensão 5.
[0034] A figura 2 descreve um sistema elétrico de uma aeronave que compreende vários módulos. A rede elétrica principal 2 opera sob corrente AC em tensões AC de 115/200 V. Um retificador 4 possibilita converter estas tensões em tensões DC da rede secundária 270V DC ou rede backup 5 (ou rede DC de alta tensão (ou bus)5). Uma bomba hidráulica 8b é conectada a um motor elétrico 8a que opera sob tensões AC. O motor elétrico 8a é conectado em um inversor 6 que transforma as tensões AC em tensões DC da rede backup DC de 270V 5. O sistema de armazenamento 30 compreende um módulo de conversão 10 (ou conversor) ligado por um lado a duas conexões, para um ou mais elementos de armazenamento de energia 20 tais como baterias, ou supercapacitores, e ligados por outro lado por dois condutores ou conexões respectivamente aos pontos com potenciais +270V e -270V da rede backup DC de 270V 5.
[0035] As figuras 3 a 5 representam três modalidades de um módulo de conversão 10. Tal módulo 10 para conversão entre as tensões E e Vs compreende: - um módulo de entrada compreendendo dois filtros de entrada, cada um sendo capaz de receber uma tensão DC E/2, - um primeiro braço e um segundo braço que compreendem comutadores formados por transistores, e - meios de controle para estes comutadores, os meios de controle operam por ciclo de um período de comutação T e sendo capazes de controlar pelo menos um primeiro comutador e pelo menos um segundo comutador de maneira idêntica, mas defasada por um meio período T/2 de modo que o primeiro comutador seja aberto quando o segundo comutador estiver fechado e vice-versa.
[0036] Em todas as modalidades da invenção descrita nas figuras 3 a 5, as células cada uma formada por um primeiro e um segundo braços podem ser associados em paralelo, especialmente de modo a aumentar a potência a ser transmitida. Um braço consiste de duas meias pontes. Por exemplo, com referência às figuras 4 e 5 presentes, os transistores k1 e k11 formam uma meia ponte e os transistores k1, k11, k44, k4 formam um braço.
[0037] O conjunto formado pelos filtros de entrada das células é então avaliado para uma frequência igual ao número de células, multiplicado pela frequência de comutação dos transistores.
[0038] Para uma rede de 270V (135/-135V), transistores de 300V de tecnologia Mosfet podem então ser utilizados ou Igbts (com diodos antiparalelos). Escolhendo um ou outro destes é possível adequar a potência do módulo de conversão.
[0039] A figura 3 representa um módulo 10 para conversão entre as tensões E e Vs.
[0040] Os meios de controle controlam os comutadores (k1, k11, k22, k2).
[0041] O módulo de entrada compreende um primeiro filtro que compreende um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra da aeronave, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um primeiro indutor Le1, e um capacitor C1, o indutor Le1 e o capacitor C1 sendo juntado a um ponto com potencial VA.
[0042] O módulo de entrada também compreende um segundo filtro que compreende um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor Le2 e um capacitor C2, o indutor Le2 e o capacitor C2 sendo juntado a um ponto com potencial VB.
[0043] Os capacitares C1 e C2 são juntados em um ponto com potencial V0=0V.
[0044] O primeiro braço compreende dois comutadores (k1, k11) e um indutor LS1, o comutador k1 sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V1, o indutor Ls1 sendo situado entre um ponto com potencial V1 e um ponto com potencial VC1, o comutador k11 sendo situado entre o ponto com o potencial V1 e um ponto com potencial VO, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial VC1 e VO, os meios de controle para os comutadores sendo capazes de simultaneamente manter o comutador k1 aberto e o comutador k11 fechado e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc1 e VO.
[0045] O segundo braço compreende dois comutadores (k2, k22) e um indutor Ls2, o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e um ponto com potencial VB, o indutor Ls2 sendo situado entre o ponto com potencial M2 e o ponto com potencial VC2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial M2 e o ponto com potencial V0, os meios de controle para os comutadores sendo capazes de simultaneamente manter o comutador k2 aberto e o comutador k22 fechado e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial VC2 e entre o ponto com potencial V0.
[0046] Os meios de controle controlam os comutadores k1 e k2 de uma maneira idêntica, mas defasado em meio período T/2 de modo que o comutador k1 esteja aberto quando o comutador k2 é fechado e vice-versa. Então, o primeiro e segundo braços são utilizados alternativamente em cada um dos meios períodos T/2.
[0047] Nesta modalidade da invenção, a razão de função é dobrada, a tensão dos transistores é a metade, as células podem ser associadas em paralelo e a tensão de isolamento é igual à dos super-capacitores 20.
[0048] A figura 4 representa um módulo 10 para conversão entre as tensões E e Vs.
[0049] Os meios de controle controlam os comutadores (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2).
[0050] O módulo de entrada compreende um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um primeiro indutor Le1, e um capacitor C1, o indutor Le1 e o capacitor C1 sendo juntados a um ponto com um potencial VA.
[0051] O módulo de entrada também compreende um segundo filtro que compreende um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor Le2 e um capacitor C2 e o indutor Le2 e o capacitor C2 sendo juntados em um ponto com potencial VB, os capacitares C1, C2 sendo juntados em um ponto com potencial V0=0 V.
[0052] O primeiro braço compreende quatro comutadores (k1, k11, k44, k4) e dois indutores (Ls1, Ls11), o comutador k1 sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V1, o indutor Ls1 sendo situado entre o ponto com potencial V1 e um ponto com potencial VC1, o comutador k11 sendo situado entre o ponto com o potencial V1 e um ponto com potencial V0, o indutor Ls11 sendo situado entre o ponto com potencial VC2 e um ponto com potencial V4, o comutador k44 sendo situado entre o ponto com potencial V0 e um ponto com potencial V4, o comutador k4, sendo situado entre o ponto com potencial V4 e o ponto com potencial VB, os meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial VC1 e entre o ponto com potencial V0 e uma tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial V0 e o ponto com potencial VC2.
[0053] O segundo braço compreende quatro comutadores (k3, k33, k22, k2) e dois indutores (Ls2, Ls22), o comutador k3, sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V3, o indutor sendo Ls2 sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial VC1, o comutador k33, sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial V0, o indutor Ls22 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e um ponto com potencial VC2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial V0 e o ponto com potencial V2 o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e o ponto com potencial VB, o meio de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medidos entre o ponto com potencial VC1 e VO e entre o ponto com potencial VO e o ponto com potencial VC2.
[0054] Os meios de controle controlam os comutadores (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2) de modo que o primeiro braço e o segundo braço sejam utilizados alternadamente em cada meio período de comutação T/2. Os comutadores que formam meias pontes [ki, kii] (1< i <4) são controlados de maneira complementar. Desta forma, especialmente para reduzir o tamanho dos elementos passivos, os controles dos comutadores k1 e k3, respectivamente k2 e k4 são complementares, defasados por um meio período. Os comutadores k1 e k4 respectivamente, k2 e k3 são controlados de uma maneira idêntica. Dito de outra forma, os meios de controle controlam os comutadores k1 e k4 de maneira idêntica por um lado e k2 e k3 de uma maneira idêntica, por outro lado, os comutadores k1 e k3 sendo defasados por um meio período T/2 de modo que os comutadores k1 e k4 estão abertos quando os comutadores k2 e k3 estão fechados e vice-versa.
[0055] Nesta modalidade da invenção, a razão de função é dobrada, a tensão dos transistores é a metade, as células podem ser associadas em paralelo e a tensão de isolamento é igual àquela dos super-capacitores 20.
[0056] A figura 5 representa um módulo 10 para conversão entre as tensões E e Vs.
[0057] O módulo de conversão 10 compreende meios de controle que controlam os comutadores (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2).
[0058] O módulo de entrada compreende um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um primeiro indutor Le1, e um capacitor C1, o indutor Le1 e o capacitor C1 sendo juntados em um ponto com potencial VA.
[0059] O módulo de entrada também compreende um segundo filtro compreende um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor Le2, e um capacitor C2, o indutor Le2 e o capacitor C2 sendo juntados em um ponto com potencial VB.
[0060] Os capacitares C1 e C2 são juntados em um ponto com potencial V0=0V.
[0061] O primeiro braço compreende quatro comutadores (k1, k11, k44, k4) e dois indutores (Ls1, Ls11), o comutador k1 sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V1, o indutor Ls1 sendo situado entre o ponto com potencial V1 e um ponto com potencial VC, o comutador k11 sendo situado entre o ponto com o potencial V1 e um ponto com potencial V0, o indutor Ls11 sendo situado entre o ponto com potencial V0 e um ponto com potencial V4, o comutador k44 sendo situado entre o ponto com potencial V0 e um ponto com potencial V4, o comutador k4, sendo situado entre o ponto com potencial V4 e o ponto com potencial VB. Os meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa. A tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc1 e entre o ponto com potencial V0 e uma tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial VC e o ponto com potencial V0.
[0062] O segundo braço compreende quatro comutadores (k3, k33, k22, k2) e dois indutores (Ls2, Ls22), o comutador k3, sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V3, o indutor sendo Ls2 sendo situado entre o ponto com potencial VC e o ponto com potencial V3, o comutador k33, sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial V0, o indutor Ls22 sendo situado entre o ponto com potencial V0 e um ponto com potencial V2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial V0 e o ponto com potencial V2 o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e o ponto com potencial VB. Os meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k1 e k4 abertos e os comutadores k11 e k44 fechados e vice-versa. A tensão Vs sendo medidos entre o ponto com potencial VC e V0.
[0063] Os meios de controle controlam os comutadores (k1, k11, k44, k4, k3, k33, k22, k2) de modo que o primeiro braço e o segundo braço sejam utilizados altemativamente em cada meio período de comutação T/2. Os comutadores que formam as meias pontes [ki, kii] (1< i < 4) são controlados de uma maneira complementar. Analogamente, especialmente para reduzir o tamanho dos elementos passivos, os controles dos comutadores k1 e k3, respectivamente k2 e k4 são complementares defasados por um meio período. Os comutadores k1 e k4, respectivamente k2 e k3, são controlados de uma maneira idêntica.
[0064] Denotado por dT, o tempo de condução dos transistores k1 e por T o período de comutação, em uma primeira aproximação, negligenciando quedas de tensões ôhmicas dos componentes, a relação entre a tensão do super-capacitor, ajustado d possibilita controlar a corrente de carga ou descarga, d varia conforme a razão Vs/E, isto é, por exemplo, para E=270 V e 0 < Vs < 120, então d varia entre 60/270 e 120/270. O controle de tensão do ponto médio 0V é opcionalmente necessário. A variação de d pode ser definida, por exemplo, na base de um módulo de Modulação de Largura de Pulso (PWM) em analógico ou digital.
[0065] O módulo de conversão 10 então consiste de dois braços, a frequência de avaliação dos filtros corresponde a duas vezes a frequência de comutação dos transistores dos comutadores dos braços.
[0066] Nesta modalidade da invenção, a razão de função é dobrada, a tensão dos transistores é a metade, as células podem ser associadas em paralelo e a tensão de isolamento é igual àquela dos super-capacitores 20 pela metade.

Claims (12)

1. Módulo para converter tensão entre uma rede elétrica de alta tensão de uma aeronave e pelo menos um elemento de armazenamento de energia da aeronave, o dito módulo de conversão sendo capaz de reversivelmente realizar uma conversão entre uma tensão DC E da rede elétrica de alta tensão da aeronave e uma tensão DC Vs do elemento de armazenamento de energia da aeronave, caracterizadopelo fato de que a tensão Vs do elemento de armazenamento da aeronave é flutuante com relação à tensão E da rede elétrica de alta tensão da aeronave e centralizada com relação ao terra da aeronave, o módulo compreendendo um módulo de entrada, compreendendo dois filtros cada um capaz de receber uma tensão DC E/2, um primeiro braço e um segundo braço compreendendo comutadores, e meios de controle para os comutadores, os meios de controle operam por ciclo de um período de comutação T e são capazes de controlar pelo menos um primeiro comutador do dito primeiro braço e pelo menos um segundo comutador do dito segundo braço de uma maneira idêntica, mas defasado por um meio período T/2 de modo que o primeiro comutador é aberto quando o segundo comutador for fechado e vice-versa.
2. Módulo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que os meios de controle controlam comutadores (ki, kn, k44, k4, k3, k33, k22, k2) em que: - o módulo de entrada compreende: i. um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um primeiro indutor Lei, e um capacitor Ci, o indutor Lei, e o capacitor Ci sendo unidos em um ponto com potencial VA, ii. um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor I_e2 e um capacitor C2, o indutor I_e2 e o capacitor C2 sendo unidos em um ponto com potencial VB, OS capacitores Ci e C2 sendo unidos em um ponto com potencial Vo=OV, - o primeiro braço compreende quatro comutadores (ki, kn, k44, k4) e dois indutores (Lsi, Lsn), o comutador ki sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial Vi, o indutor Lsi sendo situado entre o ponto com potencial Vi e um ponto com potencial Vc, o comutador kn sendo situado entre o ponto com o potencial Vi e um ponto com potencial Vo, o indutor Lsn sendo situado entre o ponto com potencial Vo e um ponto com potencial V4, o comutador k44 sendo situado entre o ponto com potencial Vo e um ponto com potencial V4, o comutador k4, sendo situado entre o ponto com potencial V4 e o ponto com potencial VB, OS meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores ki e k4 abertos e os comutadores kn e k44 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc e Vo; - o segundo braço compreende quatro comutadores (ks, k33, k22, k?) e dois indutores (l_S2, LS22), o comutador ks, sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial V3, o indutor sendo l_S2 sendo situado entre o ponto com potencial Vc e o ponto com potencial V3, o comutador k33, sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial Vo, o indutor LS22 sendo situado entre o ponto com potencial Vo e o ponto com potencial V2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial Vo e o ponto com potencial V2 o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e o ponto com potencial VB, OS meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores ks e k2 abertos e os comutadores k33 e k22 fechados e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc e Vo, e - os meios de controle controlam os comutadores ki e k4 de maneira idêntica, por um lado e k2 e k3 de uma maneira idêntica, por outro lado, os comutadores ki e ks sendo defasados por um período T/2 de modo que os comutadores ki e k4 estão abertos quando os comutadores k2 e ks estão fechados e vice-versa.
3. Módulo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios de controle controlarem os comutadores (ki, ku, k22, k?) em que: - o módulo de entrada compreende: i. um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação da primeira tensão E/2, um primeiro indutor Lei e um capacitor Ci, o indutor Lei e o capacitor Ci sendo unidos em um ponto com um potencial VA, ii. um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor I_e2 e um capacitor C2, o indutor I_e2, e o capacitor C2 sendo unidos em um ponto com potencial VB, OS capacitares Ci e C2 sendo unidos em um ponto com potencial Vo=O V, - o primeiro braço compreende dois comutadores (ki, ku) e um indutor Lsi, o comutador ki sendo situado entre o ponto com potencial VA e um ponto com potencial Vi, o indutor Lsi sendo situado entre o ponto com potencial Vi e um ponto com potencial Vci, o comutador ku sendo situado entre um ponto com potencial Vi e o ponto com potencial Vo, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vci e Vo, os meios de controle para os comutadores sendo capazes de simultaneamente manter o comutador ki aberto e o comutador ku fechado e vice-versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vci e Vo, - o segundo braço compreende dois comutadores (k2, k22) e um indutor LS2, Ocomutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e um ponto com potencial VB, O indutor l_S2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e um ponto com potencial Vc2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e o ponto com potencial Vo, os meios de controle para os comutadores sendo capazes de simultaneamente manter o comutador k2 aberto e o comutador k22 fechado e vice- versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vc2 e entre 0 ponto com potencial Vo, e - os meios de controle controlam os comutadores ki e k2 de uma maneira idêntica, mas defasado em meio período T/2 de modo que o comutador ki esteja aberto quando o comutador k2 é fechado e vice-versa.
4. Módulo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que meios de controle os meios de controle controlam os comutadores (ki, ku, k44, k4, k3, k33, k22, k2) e em que: - o módulo de entrada compreende: i. um primeiro terminal de entrada e um segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um primeiro indutor Lei e urn capacitor Ci, o indutor Lei e o capacitor Ci sendo unidos em um ponto com potencial VA, ii. um terceiro terminal de entrada e o segundo terminal de entrada que é ligado ao terra, para a aplicação de uma primeira tensão E/2, um segundo indutor Lβ2 e urn capacitor C2, o indutor Lβ2 e o capacitor C2 sendo unidos a um ponto com potencial VB, OScapacitares Ci e C2 sendo unidos a um ponto com potencial Vo = OV, - o primeiro braço compreende quatro comutadores (ki, kn, k44, k4) e dois indutores (Lsi, Lsn), o comutador ki sendo situado entre o ponto com potencial VAe um ponto com potencial Vi, o indutor Lsi sendo situado entre um ponto com potencial Vi e um ponto com potencial Vci, o comutador ku sendo situado entre o ponto com o potencial Vi e o ponto com potencial Vo, o indutor Lsu sendo situado entre um ponto com potencial Vc2 e um ponto com potencial V4, o comutador k44 sendo situado entre o ponto com potencial Vo e o ponto com potencial V4, o comutador k4 sendo situado entre o ponto com potencial V4 e o ponto com potencial VB, OS meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores ki e k4 abertos e os comutadores ku e k44 fechados e vice- versa, a tensão Vs sendo medida entre o ponto com potencial Vci e entre o ponto com potencial Vo e entre o ponto com potencial Vo e o ponto com potencial Vc2; - 0 segundo braço compreende quatro comutadores (ks, k33, k22, k2) e dois indutores (l_S2, LS22), 0 comutador ks sendo situado entre o ponto com potencial VAe um ponto com potencial V3, o indutor sendo l_S2 sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial Vci, o comutador k33 sendo situado entre o ponto com potencial V3 e o ponto com potencial Vo, o indutor LS22 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e um ponto com potencial Vc2, o comutador k22 sendo situado entre o ponto com potencial Vo θ o ponto com potencial V2, o comutador k2 sendo situado entre o ponto com potencial V2 e o ponto com potencial VB, OS meios de controle para os comutadores sendo capazes simultaneamente de manter os comutadores k3 e k2 abertos e os comutadores k33 e k22 fechados e vice- versa, a tensão Vs sendo medidos entre o ponto com potencial Vci e entre o ponto com potencial Vo e entre o ponto com potencial Vo e o ponto com potencial Vc2, - os meios de controle controlam os comutadores ki e k4 de maneira idêntica por um lado e k2 e ks de uma maneira idêntica, por outro lado, os comutadores ki e ks sendo defasados por um meio período T/2 de modo que os comutadores ki e k4 estão abertos quando os comutadores k2 e ks estão fechados e vice-versa.
5. Módulo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que E=270 ou 540V e 60 < Vs <120V.
6. Sistema de armazenamento, caracterizadopelo fato de compreender um módulo de conversão do tipo definido na reivindicação 1 e pelo menos um elemento de armazenamento conectado entre os pontos com potencial correspondente à tensão Vs.
7. Sistema de armazenamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de o elemento de armazenamento ser conectado entre os pontos com potencial Vc e Vo.
8. Sistema de armazenamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de um primeiro elemento de armazenamento ser conectado entre os pontos com potencial Vci e Vo e um segundo elemento de armazenamento ser conectado entre os pontos com potencial Vo e Vc2.
9. Sistema de armazenamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de o elemento de armazenamento ser um super-capacitor.
10. Sistema de armazenamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de o super-capacitor ser configurado para armazenar energia quando uma tensão de entrada Vs é aplicado a este, com 60 < Vs< 120V.
11. Sistema de armazenamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de o elemento de armazenamento ser uma bateria.
12. Sistema de armazenamento, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a bateria ser configurada para armazenar energia quando uma tensão de entrada Vs é aplicada a esta, com 60 < Vs< 120V.
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